CN105381673A - 处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法及设备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法及设备与应用。所述处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法包括水喷淋预处理、等离子体除尘和光催化氧化三个步骤。实现该方法的设备包括通过管道依次相连的集气罩、喷淋塔以及等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器；其中，喷淋塔与等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器之间以及设备出气口均设置有风机。本发明方法可以有效保证有机废气完全去除的处理效果和长期性稳定性；本发明提供的设备处理有机废气，有机废气的平均去除效率达90％以上，且该设备组合紧凑、占地面积小，可以有效地降低设计和处理成本，同时可以有效延长等离子体电极和光催化的使用寿命。

Description

处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法及设备与应用
技术领域
本发明涉及一种处理复杂工业废气的方法，更具体地说，本发明涉及一种处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法及设备与应用。
背景技术
工业生产过程排放的废气中的污染物由于其成分复杂、浓度较低，难以在后续过程中在催化剂上充分接触和有效去除，因而使得一些控制技术花费较多且相对困难。光催化氧化技术对去除微量有机污染物存在一定的潜在优势。但是，在流量大的工业有机废气处理过程中，由于有机废气在光催化氧化装置中停留时间不够长，导致光催化剂不能有效地、一次性地氧化降解废气中的有机物。另外，随着光催化剂处理废气的时间延长，光催化剂的催化效率会随着处理负荷的增加而有所降低。更重要的是，复杂工业废气中含有的大量颗粒物如油烟、粉尘等会随着运行时间的延长严重影响和遮蔽光催化剂，从而导致光催化净化的效率逐渐降低。因此，在实际工业废气的处理过程中，利用单独的光催化氧化技术难以达到理想的污染控制效果。因此，将光催化氧化技术与其他处理废气的技术特别是对颗粒物具有很好拦截和净化能力的技术进行集成化研究是光催化技术应用于复杂工业有机废气污染控制的必然选择。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法。
本发明的另一目的在于提供实现上述处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法的设备。
本发明的再一个目的在于提供上述设备在处理复杂工业废气中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的水喷淋预处理-等离子体除尘-光催化氧化联用方法，包括以下步骤：
(1)水喷淋预处理：通过集气罩收集待处理的含油烟、粉尘复杂工业有机废气，经喷淋塔水洗将废气中油烟和大颗粒粉尘进行去除，消除油烟和大颗粒粉尘对后续等离子体除尘器和光催化反应装置的影响，延长电极和光催化剂的寿命，得到去除油烟和大颗粒粉尘后的废气；
(2)等离子体除尘：去除油烟和大颗粒粉尘后的废气进入等离子体除尘器，废气中粒径大于2.5μm的小颗粒粉尘得到有效去除，进一步消除颗粒物对光催化剂的遮蔽作用，延长光催化剂的寿命，得到去除颗粒物后的废气；
(3)光催化氧化：去除颗粒物后的废气进入光催化反应装置，在光催化剂的作用下，大部分挥发性有机物分解为小分子有机物或矿化为CO2和H2O，完成对含油烟、粉尘复杂工业有机废气的处理。
本发明所述的大颗粒粉尘是指动力学直径100微米以上的粉尘，所述小颗粒粉尘是指动力学直径100微米以下的粉尘。
一种实现所述处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法的设备，所述的设备包括用于收集气体的集气罩、喷淋塔以及等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器；所述的集气罩、喷淋塔以及等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器通过管道依次相连；其中，所述的喷淋塔与等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器之间以及设备出气口均设置有风机。
所述的喷淋塔中所用喷淋液为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾等中的一种或多种混合物水溶液。
所述的等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器由等离子体除尘器和光催化反应装置采用一体化无缝连接制成。
所述的等离子体除尘器优选为高压等离子体除尘器。
所述的光催化反应装置包含用于激发光催化剂的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床；所述的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床依次排布，光催化剂固定在流过式光催化固定床上。
所述的光催化剂为负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合光催化剂；所述的光催化剂需被紫外光激发，才能有效分解有机废气中挥发性有机物质。
所述的设备可以应用于各种复杂工业废气的处理，特别适用于各种工业车间排放含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂有机无机混合废气的直接净化处理。
本发明的喷淋塔和等离子体除尘器，能有效保证高效去除废气中的油烟、粉尘颗粒物，从而减小颗粒物对光催化剂的遮蔽和中毒作用。喷淋塔和等离子体除尘器之间的风机能提供动力和控制废气的流速，废气的流速大小可以决定废气在后置催化剂上的有效停留和反应时间，从而影响废气的处理效果。同时等离子体除尘器与光催化反应器通过一体化无缝连接，这样经除油烟和粉尘颗粒物处理后的废气能快速通过等离子体除尘器进入光催化反应器，大大提高了废气的处理量和处理效率，另外值得指出的是废气在等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器中行走的路线为“S”型，这样也可以延长废气的停留时间，从而进一步地提高废气的处理效率；而在光催化剂催化氧化步骤中，光催化反应器内部负载催化剂的多孔结构泡沫镍有利于有机废气中的有机分子快速富集在光催化剂的表面，特别有利于流量大的有机废气的高效处理。半导体光催化剂在紫外灯的照射下经激发可以产生具有非常强氧化能力的·OH(羟基自由基)，·OH可以无选择性地氧化有机废气中的有机物，将其矿化为无毒无害的CO2和H2O。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点和有益效果：
(1)本发明提供的方法中，首先通过水喷淋预处理去除废气中油烟和大颗粒粉尘，然后通过等离子体除尘器处理去除废气中的小颗粒粉尘，能够同时减小废气中颗粒物对后置光催化反应装置中光催化剂的遮蔽和中毒作用，有效延长本工艺段等离子体电极和后置工艺光催化剂的使用寿命；接着通过光催化反应装置中的光催化剂将有机废气中的有机物吸附和富集，并进一步实现有机废气在光催化剂上的原位降解转化成无毒无害的CO2和H2O，从而可以有效保证有机废气完全去除的处理效果和长期性稳定性。
(2)本发明提供的设备组合紧凑、占地面积小，可以有效地降低废气的处理成本；更重要的是，其中涉及到的等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器是一种一体化的联体无墙衔接设计，并不是通过两种已有技术和两个箱体的简单拼凑的组合，而是两种物理化学技术工艺的整体设计和应用，有效减少了各个工艺和技术之间的墙体设计，不仅大大减少了设备加工成本，而且有效地提高了废气的传输效率和处理效率。根据测试结果表明，本发明的设备对电子垃圾拆解车间有机废气的平均去除效率达90％以上。
附图说明
图1为实施例1提供的设备的结构示意图；其中，1-集气罩；2-采样口；3-喷淋塔；4-风机；5-等离子体除尘器；6-光催化反应装置；→为气体走向。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种实现所述处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法的设备，结构示意图如图1所示，所述设备包括通过管道依次连接的用于收集气体的集气罩1、喷淋塔3和等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器，其中等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器中设置有等离子体除尘器5和光催化反应装置6；按照气体的走向，集气罩1、等离子体除尘器5和光催化反应装置6依次排布；所述的喷淋塔3和等离子体除尘器5之间以及设备出气口均设置有风机4。
所述等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器中等离子体除尘器5和光催化反应装置6采用一体化无缝连接制成，从而保证气体能完全经过等离子体除尘器5和光催化反应装置6，不仅大大降低了设备的风阻，而且降低了设备的加工制造设计和废弃的处理净化成本，同时气体在等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器中行走的路线为“S”型，可以有效延长气体的停留时间，进一步提高有机废气的处理空间和处理效率。
所述光催化反应装置6包含用于激发光催化剂的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床；紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床依次排布，光催化剂固定在流过式光催化固定床上；其中，流过式光催化固定床为10层，固定床大小为2000×500mm，光催化剂为负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合光催化剂。
为了便于进行分析，所述的设备设置有三个采样口2，分别位于集气罩1和喷淋塔3之间、喷淋塔3和等离子体除尘器5之间以及设备出气口处。
实施例2
使用实施例1提供的设备处理含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂工业废气，其中光催化剂为负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂，步骤如下：
(1)水喷淋预处理：通过集气罩1以10000m3/h的速度收集处理含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂工业废气，经喷淋塔3水洗将复杂工业废气中油烟和大颗粒粉尘去除；
(2)等离子体除尘：经步骤(1)去除油烟和大颗粒粉尘后的复杂工业废气随后进入等离子体除尘器5，复杂工业废气中粒径大于2.5μm的小颗粒粉尘得到有效去除；
(3)光催化氧化：经步骤(2)去除颗粒物后的复杂工业废气进入光催化反应装置6，流速为10000m3/h，挥发性有机物被吸附和富集在光催化剂上，并随后在紫外光照射下实现原位催化氧化降解，完成对含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂工业废气的处理。
试验进行中于采样口2定期采集废气样品，进行分析以测定设备对挥发性有机物的处理效果。挥发性有机物降解的研究结果表明，本实施例对总挥发性有机物的平均去除效率为92％。
本实施例中，所述的负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂参照专利号为ZL200510100519.8的授权专利中所述的方法制备而成，具体步骤为：将钛酸丁酯与醋酸搅拌得到半透明凝胶溶液，而后将硅胶在上述半透明溶液中浸渍包膜多次，每次浸渍包膜后烘干和煅烧，最后通过电沉积的方法负载到多孔结构泡沫镍上，即得负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂。
实施例3
本实施例所用的设备与实施例2所用设备区别仅在于本实施例的光催化剂为负载在多孔结构泡沫镍上的纳米ZnO-SnO2复合光催化剂，其他步骤及工艺条件与实施例2相同。
挥发性有机物降解的研究结果表明，本实施例对总挥发性有机物的平均去除效率为94％。
本实施例中，所述的负载在多孔结构泡沫镍上的纳米ZnO-SnO2复合光催化剂参照专利号为ZL03126662.2的授权专利中所述的方法制备而成，具体步骤为：将硫酸锌和氯化锡充分溶解于水中，然后加入氨水溶液，搅拌后得到凝胶，最后经过烘干和煅烧以及电沉积的方法负载到多孔结构泡沫镍上，即得负载在多孔结构泡沫镍上的纳米ZnO-SnO2复合光催化剂。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过集气罩收集待处理的含油烟、粉尘复杂工业有机废气，然后将待处理的含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂工业废气通入喷淋塔水洗，去除油烟和大颗粒粉尘，得到去除油烟和大颗粒粉尘后的废气；
(2)去除油烟和大颗粒粉尘后的废气进入等离子体除尘器，去除粒径大于2.5μm的小颗粒粉尘，得到去除颗粒物后的废气；
(3)去除颗粒物后的废气进入光催化反应装置，在光催化剂的作用下，分解或矿化挥发性有机物，完成对含油烟、粉尘复杂工业有机废气的处理。
2.一种实现权利要求1所述的处理含油烟、粉尘复杂工业有机废气的方法的设备，其特征在于，所述的设备包括通过管道依次相连的集气罩、喷淋塔以及等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器；其中，所述的喷淋塔与等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器之间以及设备出气口均设置有风机。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述的喷淋塔中所用喷淋液为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种混合物水溶液。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述的等离子体除尘器-光催化氧化一体化反应器由等离子体除尘器和光催化反应装置采用一体化无缝连接制成。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述的等离子体除尘器为高压等离子体除尘器。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述的光催化反应装置包含依次排布的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床；所述的光催化剂固定在流过式光催化固定床上。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述的光催化剂为负载在多孔结构泡沫镍上的纳米TiO2-SiO2复合光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合光催化剂。
8.权利要求2所述的设备在处理复杂工业废气中的应用。
9.根据权利要求8所述的设备在处理复杂工业废气中的应用，其特征在于，所述的复杂工业废气为各种工业车间排放的含油烟、粉尘和挥发性有机物的复杂工业废气。
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